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CPC SALESIANOS - “LOS BOSCOS” LOGROÑO

MÓDULO DE MECANIZADO POR CONTROL NUMÉRICO. TECNOLOGÍA, INTRODUCCIÓN AL CNC, PAG 0


1. MÁQUINAS HERRAMIENTAS

Máquina herramienta es la que, por procedimientos mecánicos, hace funcionar una herramienta, sustituyendo la mano del hombre.

1. 1 CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS HERRAMIENTAS

- Convencionales: Aptas para ejecutar trabajos generales de características variadas y en pequeñas series. Son las que podrían llamarse clásicas: Torno paralelo, fresadora universal, etc..

- Especificas: Admiten cierto grado de automatización y se destinan al mecanizado de piezas concretas que exigen determinadas características a la máquina: Talladoras de ruedas, brochadotas, etc..

- Automáticas: Para mecanizar familias de piezas en series medias y grandes. Admiten un alto grado de automatización: tornos automáticos, fresadoras de ciclos, CNC, etc..

- Especiales: Para mecanizar un solo tipo de piezas. Adoptan una automatización total y sirven para grandes series: Transfer.



2. CONTROL NUMÉRICO. GENERALIDADES

Control Numérico (CN) significa textualmente, mando mediante números. Con este sistema se consigue que las máquinas realicen su trabajo automáticamente, mediante la introducción en la memoria del CN, de un programa de trabajo en el que se define perfectamente las operaciones a realizar por medio de combinaciones de letras y números denominadas" palabras".

La denominación de Control Numérico (CN, en español, o NC, Numerical Controlled, en inglés) se aplicaba originariamente a las máquinas programables que no iban equipadas con computadoras. Posteriormente con el abaratamiento y miniaturización de los micro procesadores, se ha generalizado su instalación en las máquinas de CN para realizar los cálculos y ajustes necesarios para obtener automáticamente interpolaciones, roscados etc. Estas máquinas se empezaron a denominar CNC (Computer Numerally Controlled) para diferenciarlas de las NC (Numerally Controlled) o CN (Control Numérico) en español, que no iban equipadas con computadora. Actualmente se utiliza generalmente la denominación NC o CN para denominar todas las máquinas de control numérico tengan o no computadora.

2. 1 ANTECEDENTES DEL CN

El primer intento, para dotar a una máquina. de un control automático de su trabajo, fue desarrollado por Jacquard Loom, cuando en 1801 ideó una máquina textil que podía realizar distintos tipos de tejidos, variando los programas de fabricación, que se introducían en la unidad de control, en tarjetas perforadas.

Pero la iniciación del desarrollo del CN, tal como ahora lo conocernos, se debe a la compañía Parsons que en 1947 y por primera vez utilizó un computadora para gobernar una fresadora en la mecanización de hélices para helicópteros de diferentes configuraciones.

Esta experiencia resultó tan prometedora que la Fuerza Aérea de los Estados Unidos adjudicó al Instituto de Tecnología de Massachusetts un contrato de investigación que dio como resultado en 1953 el primer prototipo de fresadoras con control numérico que gobernaba los desplazamientos sobre tres ejes.



2. 2 APLICACIONES DEL CN

La producción de máquinas de CN ha ido creciendo en estos últimos años debido a la reducción de los costes de los microprocesadores y a la simplificación de la programación de las máquinas de CN, que permite utilizarlas para fabricaciones de series cada vez más cortas. Actualmente, se programan las máquinas de CN directamente, o a través de un ordenador, en lugar de hacerlo a través de una cinta perforada como era normal hace unos años.

La utilización rentable de máquinas-herramientas con CN depende del número de piezas que compongan el lote. Para grandes series de más de 10.000 piezas resultan más adecuadas las máquinas transfert, que mecanizan a lo largo de la cadena simultáneamente diversas operacio-nes, en diversas fases de fabricación de las mismas piezas. El inconveniente de este sistema es su elevado coste de preparación, sólo soportable por grandes series. Para series medias de 50 a 10.000 piezas por lote pueden utilizarse copiadoras o control numérico. Las copiadoras tienen la ventaja de su economía pero la precisión de su trabajo es limitada y son poco versátiles.

El Control Numérico es un sistema de gran precisión en su trabajo y rentable para series comprendidas entre 5 y 1.000 piezas por lote. Además tiene la ventaja de que pueden conservarse los programas una vez terminado el lote, e introducirlos nuevamente en la memoria de la máquina cuantas veces sea necesario repetir el trabajo.

En cuanto a las máquinas herramientas equipadas con CN, cada día aumenta su número y el de los tipos de máquinas a las que se aplican. Actualmente se programa el trabajo con CN en las siguientes máquinas:

Punteadoras MandrinadorasCentros de mecanizado CepilladorasRobots industriales RectificadorasFresadoras PrensasTornos CizallasTaladradoras Plegadoras

Las máquinas-herramientas relacionadas, se construyen para su operación manual o para ser programadas y gobernadas por CN, excepto tres de ellas que se han concebido para funcionar exclusivamente con CN. Estas máquinas son las Punteadoras, los Centros de Mecanizado y los Robots Industriales.

2. 3 FACTORES QUE FAVORECEN LA IMPLANTACIÓN DEL CNC. VENTAJAS E INCONVENIENTES

Los problemas y exigencias de la industria actual comportan una problemática que favorece la utilización de los sistemas CNC. Entre los más importantes podemos citar los siguientes:

1º Mayor exigencia en la precisión de los mecanizados.

2º Los diseños son cada vez más evolucionados y complejos.

3º Diversidad de productos, lo que ocasiona la necesidad de estructuras de producción más flexibles y dinámicas.

4º Necesidad de reducir errores en la producción para no encarecer el producto.

5º Plazos de entrega cada vez más exigentes, lo que exige mantener los niveles de producción lo más altos posibles



6º El abaratamiento de los sistemas CNC, lo que favorece la adquisición de los mismos.

El CN aporta las siguientes ventajas:

1º Mayor productividad en las máquinas-herramientas porque todas operaciones se realizan en las condiciones óptimas, sin tiempos muertos y con gran rapidez en los posicionamientos. Las reducciones en los tiempos del mecanizado, sobre el realizado en máquina sin CN, es del orden del 30%, pero llega al 90% en los Centros de Mecanizado.

2º Gran flexibilidad en la programación del taller, pues hasta cambiar el programa de una serie ya terminada, por el programa preparado para el trabajo siguiente, para que la máquina empiece a trabajar sin más demora.

3º Reducción de controles y, piezas de desecho, debido al riguroso automatismo con que se repiten las operaciones, con resultados idénticos. El porcentaje de desechos, que en un taller con máquinas convencionales, es del orden del 3 al 4%, se reduce a menos de 1%.

4º Posibilidad de fabricar piezas muy difíciles con superficies tridimensionales, frecuentes en construcciones aeronáuticas, cuyo peso final no llega al 1/5 del peso inicial del material mecanizado.

Tiene el CN en cambio los siguientes inconvenientes:

1º La inversión por puesto de trabajo es más elevada.

2º La planificación del trabajo debe ser más detallada y cuidadosa.

3º Al valorar el coste de fabricación de cada pieza debe incluirse no sólo el tiempo de preparación del programa, sino también el de su introducción en la máquina, y repartirlo entre el número de piezas que compongan la serie.

En la siguiente tabla se hace una comparación entre la utilización de máquinas convencionales y sistemas CNC

MÁQUINA HERRAMIENTA CONVENCIONAL

MÁQUINA HERRAMIENTA CNC

Un operario, sólo puede manejar una sola máquina Un operario puede operar varias máquinasEs necesario consultar constantemente el plano No es necesario consultar apenas el planoSe necesita una amplia experiencia No es necesario una amplia experienciaEl operador tiene el control de los elementos de corte

El programa tiene el control de los parámetros de corte

Mecanizados imposibles de realizar Posibilidad de realizar prácticamente cualquier mecanizado

2. 4 CLASIFICACIÓN DE LAS MÁQUINAS DE CNC

Las máquinas de CN pueden clasificarse atendiendo al trabajo que realizan en clases:

- Máquinas de control "punto a punto"- Máquinas de control paraxial.- Máquinas de contorneado o continuo.

En las máquinas de control punto a punto (fig. 45-3) sólo se pueden programa los puntos finales de cada desplazamiento, pero no sus trayectorias cuyo trazado y velocidad no se controlan. No



realizan las herramientas ningún trabajo en los desplazamientos sino solamente en los puntos programados. Se utilizan estas máquinas para equipar taladradoras, punteadoras, máquinas de soldar por puntos etc.

En las máquinas de control paraxial pueden programarse los desplazamientos a puntos determinados como en las anteriores, en los que la herramienta realiza el trabajo proyectado. Y además pueden también programarse para mecanizar en desplazamientos controlados pero sólo en los paralelos a los ejes. Estas máquinas se han utilizado para equipar mandrinadoras, tornos etc. pero actualmente apenas se construyen pues han sido desplazadas por las máquinas de contorneado.

En las máquinas de contorneado de control continuo además de las operaciones que realizan las máquinas anteriores pueden programarse para mecanizar en desplazamientos rectos y curvos sin limitación. En realidad estas son las primeras máquinas de control numérico que se construyeron como vimos en el párrafo 2, y son las que más se utilizan para equipar toda clase de máquinas-herramientas, una vez desaparecido su único inconveniente, su elevado precio, debido al abaratamiento de los microprocesadores.



3. ELEMENTOS DE CORTE

Las herramientas o útil cortante, termina en una cuña afilada que obliga a penetrar en la pieza que se trabajar bajo un ángulo determinado y arranca virutas más o menos grandes. Los ángulos de las herramientas son principalmente tres:

- Ángulo de incidencia.- Ángulo útil.- Ángulo de desprendimiento.

El valor que deben tener los ángulos, depende del tipo de máquina, del material a trabajar y del material de la herramienta.

Los materiales empleados principalmente para las herramientas de corte son:

- Acero: Al carbono y aceros rápidos.- Metal duro: Fundidos o conglomerados fabricados a base de carburos

de tungsteno.- Materiales cerámicos: Formados por óxidos metálicos sumamente

duros.- Diamante: Se emplea en plaquitas con una cara pulimentada y

adaptadas a la punta del útil.

Hay que dotar a las herramientas de ciertos movimientos para lograr el corte del material. Estos movimientos son tres:

- Movimiento de corte: Es el movimiento relativo de la herramienta respecto a la pieza, que proporciona la fuerza de corte. Se caracteriza por su velocidad.

- Movimiento de avance: Es el movimiento que se consigue desviando lateralmente un poco a cada pasada, la herramienta o la pieza, lo cual puede hacerse de manera intermitente (máquinas de movimiento, alternativo) o de manera continua (máquinas de movimiento circular).

- Movimiento de penetración: Es el movimiento que se da a la herramienta en dirección perpendicular a la superficie trabajada y se caracteriza por el espesor del material arrancado.

En este apartado se estudiarán y analizarán los distintos factores y condiciones tecnológicas que afectan al mecanizado en las MHCN.

3. 1 DATOS DE CORTE EN EL TORNEADO

Los parámetros de corte esenciales a tener en cuenta por el programador en el proceso de torneado son:

- Velocidad de avance.- Profundidad de corte o pasada.- Velocidad de corte.- Velocidad de giro del plato o cabezal.



3. 1. 1 VELOCIDADES DE CORTE EN EL TORNEADO

La velocidad de corte o velocidad tangencial es la velocidad que existe en el punto de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo.

La velocidad de corte influye directamente en la vida útil de la herramienta y en los acabados de la pieza.

Es el factor más importante a tener en cuenta a la hora de realizar los cálculos tecnológicos necesarios, por lo que los fabricantes de herramientas definen muy bien dicho factor de corte.

El valor de la velocidad de corte define el número de revoluciones a aplicar a la pieza.

Existen dos formas de programarla en el CN:

- El programador determina la velocidad de giro (RPM) más favorable para cada diámetro.- El programador establece una velocidad de corte constante en m/min. el control ajusta la de giro para mantener estable en los diferentes diámetros de trabajo.

En programación se puede expresar la velocidad de giro del cabezal de las siguientes maneras:

- Directamente, indicando el valor en revoluciones minuto (RPM).- Indicando el valor de la velocidad de corte en el programa, el control calculará en cada momento las RPM.

Las relaciones entre la velocidad de giro del cabezal y la de corte se establecen mediante las siguientes ecuaciones:

Siendo:Vc = velocidad de corte, m/min.

N = velocidad de giro del cabezal, RPMD = diámetro del torneado, mm

3. 1. 2 VELOCIDAD DE AVANCE EN EL TORNEADO

Corresponde al desplazamiento de la herramienta en la dirección de mecanizado. En CNC se puede expresar de dos maneras: Milímetros por minuto (mm/min) o Milímetros por revolución (mm/rev).

Normalmente se trabaja mm/min, por que a la hora de mecanizar una pieza, permite variar este valor o el las RPM con lo que se puede aumentar o disminuir la pasada por vuelta, esto último puede ser bueno para la herramienta o el acabado de la pieza, si los cálculos que hemos aplicado no son los correctos, bien por error de cálculo, un error de información de herramienta o un material que no corresponde a las especificaciones previstas.

Se calcula, condicionada a la profundidad de pasada de la herramienta, dependiendo del material a utilizar.


Vc = π x D x N / 1000Cálculo de la velocidad de corte

N = 1000 x Vc / π x DCálculo del número de revoluciones


Una vez conocido el valor de mm/rev. De la herramienta y conocidas las RPM a que girará el plato, el cálculo se obtendrá con la fórmula:

La velocidad de avance en mm/rev. Es el formato en que normalmente nos viene la información suministrada por los fabricantes de herramientas. En programación se usa poco este formato por que no permite variar durante el mecanizado la pasada por vuelta, pues si se varían las RPM también variará en la misma proporción el avance en mm/min. este formato se usa fundamentalmente en series largas donde la experimentación en el mecanizado está suficientemente contrastada.

No obstante, la información puede venir en mm/min y si la programación hay que realizarla en mm/rev, se recurre a la fórmula inversa a la anterior:

3. 1. 3 PROFUNDIDAD DE CORTE

Es la distancia que hay desde la punta de la herramienta hasta el límite superior de la zona de la pieza donde se está mecanizando, formando siempre una perpendicular al eje de trabajo.

Es aconsejable en mecanizados de desbaste, repartir de forma equitativa las diferentes pasadas a realizar. Si el material que se tiene que mecanizar presenta dificultades por su constitución o por ser un material con poco índice de maquinabilidad, la profundidad de corte no debe ser excesiva a fin de no generar fuerzas de corte elevadas que generan altas temperaturas o superen las posibilidades del motor.

El avance y la profundidad de pasada determinan el tamaño de la sección transversal de viruta. Suele ser un paralelogramo afectado por el ángulo de montaje de la herramienta. Se calcula como:

Siendo: av = Sección transversal de viruta, mm2

pc = Profundidad de corte, mm F = Avance por vuelta, mm

El volumen de viruta removido se define como:

Siendo: Vv = volumen de viruta removido, mm3/min av = Sección de viruta, mm2

S = Velocidad de corte, mm/min


Va mm/min = Va mm/rev x RPM

Va mm/rev = Va mm/min / RPM

av = F x pc

Vv = av x S


3. 2 DATOS DE CORTE EN EL FRESADO

Es un factor importante a tener en cuenta, pues afecta al acabado de la pieza, la vida de la herramienta y la fiabilidad de la máquina. Es una variable que a la que afectan valores tales como el material, el tipo de herramienta, la profundidad de pasada, la sujeción de la herramienta, lo potencia y estado de la máquina. Antes de comenzar explicaremos estos detalles interesantes:

- Fresado en concordancia: El fresado convencional es equivalente al movimiento que se haría con una pala, es decir desde abajo hacia arriba. El espesor de la viruta y la presión de corte aumentan, según va avanzando la herramienta, gradualmente y alcanza su máximo, justo al final del corte del diente sobre el material.Cuando la fresa se aparta del material, la presión de corte se elimina de golpe, de forma que la fresa salta hacia delante y el siguiente diente penetre el material, lo que provoca vibración de la herramienta y marcas en la superficie de la pieza.Este tipo de mecanizado es más favorable al trabajo de la máquina, por lo que en máquinas con poca potencia a veces es aconsejable recurrir a él.

- Fresado en contraposición: Es equivalente al movimiento que se haría con un pico, es decir desde arriba hacia abajo. Cuando el diente penetra, el espesor de la viruta y la presión del corte adoptan su valor máximo. Cuando la fresa se retira de la pieza, la viruta producida es menor y la presión del corte adquiere su valor mínimo.Por lo tanto, se producen pocas muescas y el acabado de superficies es el mejor posible. Si se compara con el fresado convencional, este fresado requiere más potencia y una máquina más rígida.

3. 2. 1 VELOCIDAD DE CORTE EN EL FRESADO

Es igual a la del torno, con la única diferencia de que es el diámetro de la herramienta el que hay que tener en cuenta (Cuanto mayor velocidad de giro y mayor diámetro de la fresa, mayor velocidad de corte).

La precisión es la introducción de datos en el programa no debe ser confundida con la precisión de mecanizado. Aún cuando un sistema de control trabaje con una alta resolución, el uso de la herramienta, los efectos del aumento de temperatura, la falta de rigidez en la máquina, etc., puede reducir la precisión de mecanizado.

La monitorización de la vida de la herramienta, utilizando el tiempo almacenado en el control en términos de procesos de mecanizado, es relativamente inadecuada, ya que no tiene en cuenta las cargas alternas y las presiones que actúan en el punto de la herramienta durante el mecanizado.

3. 2. 2 VELOCIDAD DE AVANCE EN EL FRESADO

El avance es el movimiento de la cuchilla en la dirección de trabajo.Se puede expresar de dos maneras diferentes en mm/rev. o mm/min., pero en caso de la fresadora se tiene que tener en cuenta que el avance por revolución se refiere a un solo diente, por lo que se tendrá que multiplicar el avance por el número de dientes.



Una vez conocido el valor de mm/rev de la herramienta y conocida las RPM a la que girará la herramienta, el cálculo se obtendrá con la siguiente fórmula:

Siendo Nd = Número de dientes de la fresa.

La velocidad de avance en mm/rev, igual que en el caso del torno, se usa fundamentalmente en series largas donde la experimentación en el mecanizado está suficientemente constrastada.

3. 2. 3 PROFUNDIDAD DE CORTE

Describe la distancia que penetra la fresa en la pieza en la dirección del avance. La profundidad de corte es fresado con giro horizontal.

Los esfuerzos de corte de la fresa dependen de la anchura, de la fijación de la herramienta con la pieza medida en el plano de trabajo en ángulo recto a al dirección del avance.

Tanto la profundidad o anchura de corte como la fijación de la fresa provienen de:

- El desplazamiento programado de la fresa.- Tamaño y forma de la fresa.

Cuando se programa el recorrido de la fresa en la pieza, es necesario coordinar profundidad y anchura de corte, así como la fijación de la fresa:

- Con la velocidad de mecanizado posible.- Con la fresa a utilizar.- El material a trabajar.- Con el acabado de superficie requerido.

3. 2. 4 FUERZA DE CORTE

El material opone cierta resistencia a ser separado del resto de la masa. Así que la fuerza de corte depende, sobre todo, de la naturaleza del material y de su estado.

La fuerza de corte para un material se da en las tablas en Kgf/mm2; se llama fuerza especifica de corte y se representa por fe.

Se sabe la fuerza total de corte, para un determinado valor de profundidad y avance, multiplicado la fuerza especifica por la sección en milímetros:

Siendo:Fc = Fuerza de corte en Kgf.Fe = Fuerza unitaria de corte en Kgf/mm2

a = Avance en mm/rev.p = Profundidad de corte en mm.


Va mm/min = Va mm/rev x Nd x RPM

Va mm/rev = Va mm/min / Nd x RPM

Fc = fe x a x p


3. 2. 5 POTENCIA DE CORTE

Potencia es el producto de velocidad por fuerza. Normalmente, la potencia suele ser constante en la misma máquina, por lo cual resulta que la fuerza de que se dispone a gran velocidad será pequeña.

Siendo:N = Potencia de corte en CVFc = Fuerza de corte en Kgf.Vc = Velocidads de corte en m/sg


N = Fc x Vc / 75 x 60


4. CARACTERÍSTICAS DE LAS MÁQUINAS-HERRAMIENTAS GOBERNADAS POR CN

Un operador experto en CNC debe conocer las prestaciones y los límites en los que opera la máquina. No es suficiente con estacar la pieza y manipular el panel de control. Para conseguir los mejores resultados en la programación se debe estudiar y planificar todo el proceso de manera anticipada. Los dispositivos y sistemas de las máquinas de CNC son:

- Ejes de movimiento.- Sistemas de control de posición y desplazamientos.- Cabezal.- Sistemas de sujeción de las diferentes piezas.- Cambiadores automáticos de herramientas.- Ejes complementarios.

4. 1 EJES PRINCIPALES

En las máquinas de CNC se aplica el concepto de eje, a las direcciones de los diferentes desplazamientos de las partes móviles de la máquina, como la mesa porta piezas, carro transversal, longitudinal, etc.

4. 1. 1 TORNO

El eje Z es el que realiza el movimiento longitudinal en sentido del eje principal de la máquina.El eje X es el que realiza el movimiento transversal perpendicular al eje principal de la maquina. (Basado en un torno con herramienta trabajando desde el lado del operario).

4. 1. 2 FRESADORA

El eje Z es el que realiza el movimiento perpendicular de la herramienta hacia el suelo.El eje Y es el que realiza el movimiento transversal de la herramienta.El eje X es el que realiza el movimiento longitudinal de la herramienta.

4. 1. 3 EJES DE TRABAJO

Las MHCN disponen de diferentes órganos de movimiento lineal para poder programar el movimiento de dichos elementos, se les asigna una letra. Esta asignación de letras está normalizada, no pudiendo ser cambiada en ningún caso. Los signos “+” y “-“ no tienen sentido matemático sino de dirección.



Los tornos disponen de un mínimo de dos ejes, mientras que las fresadoras están dotadas de un mínimo de tres.

En los tornos los ejes X y Z se asocian al desplazamiento del carro transversal y carro principal respectivamente, que se deslizan ortogonalmente sobre ellos, no siendo necesario el carro orientable. Mediante la combinación de movimientos simultáneos de ambos se puede describir trayectorias oblicuas o curvas (interpolaciones).

Las fresadoras disponen de un mínimo de tres ejes (X, Y, Z). Dos de ellos (X e Y) se asocian al movimiento en el plano horizontal (longitudinal y transversal) de la mesa de trabajo, mientras que el tercero es el desplazamiento vertical del cabezal de la máquina.

En trabajos de mecanizados complejos se requieren MHCN dotadas de más ejes.

4. 1. 4 DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS EJES EN LA MHCN

La disposición de los carros móviles en las MHCN puede ser muy sofisticada, dando origen a una gran variedad de diseños y modelos tanto en fresadoras como en tornos.

Los fabricantes de MHCN construyen diferentes composiciones para poder cubrir las necesidades de cada caso, siendo estas determinadas por el tipo de mecanizado a realizar. Esta disposición viene condicionada por: El perfil y orografía de las piezas a construir, el tamaño de las piezas a mecanizar, la precisión encasaría en el mecanizado, los diferentes tipos de materiales a mecanizar, la exigencias de apriete o sellado, etc.

La denominación de la MHCN según capacidad de interpolación*, se refleja en la siguiente tabla:

DENOMINACIÓN CNC EJES INTERPOLADOS EJES REALES2 ejes 2 22 ejes y ½ 2 33 ejes 3 33 ejes y ½ 3 44 ejes 4 44 ejes y ½ 4 55 ejes 5 5

* interpolación: Movimiento simultaneo de dos o más ejes de forma controlada, realizando trayectorias perfectamente definidas tanto lineales como curvas.

4. 1. 5 EJES COMPLEMENTARIOS

Algunas MHCN disponen de mesas giratorias y/o cabezales orientables. En ellas la pieza puede ser mecanizada por diferentes planos y ángulos de aproximación. Los ejes sobre los que giran estas mesas y cabezales se controlan de forma independiente y se conocen con el nombre d ejes complementarios de rotación. Su velocidad y posición se regula también de forma autónoma.

Los ejes complementarios de rotación se designan como A, B, C.



Debido a las exigencias impuestas por la complejidad de ciertas piezas, otras MHCN están dotadas demás de tres ejes de desplazamiento principal.

Los centros de mecanizado, presentan usualmente además de los tres ejes principales, un cuarto y quinto eje para la orientación de la herramienta, un giro de la mesa y aproximación de la herramienta.

La trayectoria de la herramienta se define mediante composición de los desplazamientos X, Y y Z y los posibles ejes de orientación de la herramienta.

Los tornos con tres ejes disponen de un eje rotativo (angular) con la capacidad de mover el plato de forma controlada, además del giro normal para el corte, este eje se denomina con la letra C y su utilización es parecida a la de un cabezal divisor de fresadora controlado por sistema CNC, necesitando de herramientas motorizadas para poder fresar sobre las distintas superficies de la pieza.

4. 2 SISTEMAS DE TRANSMISIÓN

Los recorridos de la herramienta se originan por la acción única o combinada de los desplazamientos de cada uno de sus ejes. os sistemas de transmisión son los encargados de realizar los movimientos en los ejes a partir del giro básico generado por el grupo del motor-reductor.

4. 2. 1 HUSILLOS DE BOLAS

El movimiento a los ejes a partir de los motores lo realizan husillos de bolas que funcionan por el principio de recirculación de bolas.

Consiste en un vi sinfín acanalado y un acoplamiento a los que se fija el conjunto mecánico a desplazar. Cuando el grupo motor gira, su rotación se transmite al vi sinfín y el cuerpo del accionamiento se traslada longitudinalmente a través de éste, arrastrado consigo a la mesa de trabajo en el sentido oportuno.

El accionamiento contiene un conjunto de bolas en recirculación que garantizan la transmisión de esfuerzos del sinfín a la mesa con unas pérdidas por fricción mínimas. Las dos partes de su cuerpo están ajustadas con una precarga para reducir el juego transversal entre ellas, es decir, un movimiento sin apenas resistencia y una exactitud del desplazamiento total (sin el juego que necesariamente tienen los sistemas tradicionales).

Para disminuir los daños del mecanismo de transmisión frente a colisiones transversales o sobrecargas, el grupo motriz incorpora un embrague en su conexión con el vi sinfín. Este dispositivo desacopla la transmisión cuando el conjunto de la mesa choca contra algún obstáculo.



4. 2. 2 MOTORES DE TRANSMISIÓN

Para realizar los movimientos de los diferentes ejes se utilizan habitualmente motores eléctricos de corriente continua controlados mediante señales electrónicas de salida y entrada. Estos actuadores pueden girar y acelerarse controladamente en ambos sentidos.

Los movimientos de estos mecanismos tiene que ser gran rigidez y resistir los esfuerzos generados por las fuerzas de corte o por los desplazamientos a alta velocidad que generan los diferentes mecanismos en su movimiento en vacío.

Las trasmisiones deben producir movimientos regulares, estables y ser capaces de reaccionar rápidamente en las aceleraciones y desaceleraciones.

Los tipo de motores más usuales actualmente son:

- Motores paso a paso.- Servomotores o motores encoder.- Motores lineales.

4. 2. 3 MOTORES PASO A PASO

Los motores paso a paso, son motores síncronos de corriente alterna con un estator multipolar y un rotor que en los motores más sencillos está formado por un imán permanente.

Son motores con gran precisión pero con pares de potencia relativamente bajos, por lo que se suelen utilizar en máquinas de poca capacidad de trabajo.

La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso cada pulso que el microprocesador le aplique. Este paso puede variar entre 90º hasta pequeños movimientos de tan solo 200 pasos (1/8”), para completar un giro completo de 360º.

Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas está energizada, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.



4. 2. 4 SERVOMOTORES O MOTORES ENCODER

Son los más utilizados dada su alta potencia y alto par conseguido a bajas vueltas, lo que permite trabajar a pocas revoluciones con grandes cargas de trabajo.

El funcionamiento es similar a un motor de corriente alterna convencional, pero con un encoder conectado al mismo. El encoder controla las revoluciones exactas que da el motor traspasando los datos al control para que tenga el registro exacto del mismo. El mismo encoder es el encargado de frenar el punto exacto que ordena el control al motor.

Los controles numéricos en su comunicación con los motores tienen calibrada su parada por medio de lo que se llama técnicamente rampa de deceleración, para evitar los desplazamientos no deseados motivados por las inercias de los diferentes carros.

4. 2. 5 MOTORES LINEALES

La explicación habitual de lo que un motor lineal es que se trata de un motor rotatorio “desenrollado”, es decir, que se ha cortado por uno de sus radios y se ha estirado hasta dejarlo plano.

Hablando de un modo más preciso, un motor lineal consiste en un elemento primario, donde se encuentra los devanados, y un elemento secundario que se extiende a lo largo de la distancia que se va a recorrer, aportando como ventaja la posibilidad de poder disponer de varios primarios sobre un mismo secundario.

Al igual que en el caso del os motores rotatorios, pueden existir modelos síncronos y asíncronos. Junto con las guías lineales, el sistema de medida lineal y el regulador electrónico forman un conjunto activo de accionamiento lineal.

Son motores de nueva generación que tienen la gran capacidad de generar brandes aceleraciones, lo que reduce de forma considerable los tiempos de mecanizado en los desplazamientos de trabajo en vacío. Actualmente está poco implantada su utilización por tener que adaptarse las máquinas a los requerimientos de los mismos.

4. 3 CONTROL DE LOS DESPLAZAMIENTOS

Los controles de posición son elementos que sirven para indicar con gran exactitud la posición de los ejes de una máquina. Normalmente son ópticos y funcionan por medio de una o más reglas de cristal con una cabeza lectora que mide el desplazamiento de cada uno de los ejes, o electromagnéticos basados en la inducción de una corriente sobre una regla magnética.



4. 3. 1 CONTROL DE POSICIONES

Se realiza básicamente por dos sistemas: Directo e indirecto.

- El sistema directo utiliza una regla medida situada en cada una de las guías la máquina. Los posibles errores producidos en el giro del eje o de su acoplamiento no afectan a este método de medida.

Un resolver óptico controla constantemente la posición por conteo directo en la regla graduada, transforma esta información a señales eléctricas y las envía para ser procesada por el control numérico.

- El sistema indirecto la posición de la mesa se calcula por la rotación en el sinfín. Un resolver registra el movimiento de un disco graduado solidario con el sinfín. El CNC calcula la posición mediante el número de pasos o pulsos generados durante el desplazamiento.

Para conocer la posición exacta de cualquier elemento móvil de una MHCN a lo largo de un eje de desplazamiento se emplean un conjunto de dispositivos electrónicos y unos métodos de cálculo. Estos elementos constan básicamente de una escala graduada y un resolver capaz de leer dicha escala. Atendiendo al método de lectura y forma de la escala se distingue entre:

- Medición de posiciones absolutas.- Medida de posiciones por incrementos.

La utilización del adjetivo “absoluto” para la medición de los desplazamientos supone que las posiciones estimadas son independientes del estado puntual de la máquina o de su control al estar referidas a un punto invariable conocido origen absoluto o cero máquina.

El término incremental se emplea para designar los movimientos relativos algún punto significativo distinto del origen absoluto y que, además, puede variar. Durante el movimiento el control numérico lleva a cabo el conteo del número de incrementos en las que la nueva posición defiere del anterior.



En la fig. 45-20 pueden verse esquemáticamente representados los captadores de posición utilizados.

4. 3. 2 HUSILLO PRINCIPAL

El husillo principal realiza en las MHCN las siguientes funciones: El movimiento rotativo de las piezas (en los tornos) y rotación de la herramienta (en las fresadoras).

El husillo puede ser accionado por: Motores de corriente alterna de tres fases y por motores de corriente continua.

El motor de corriente alterna, la regulación de la velocidad de giro se lleva a cabo mediante un regulador de engranajes. Dependiendo del diseño y complejidad de este reductor se consigue un rango más o menos variando las velocidades de giro.

El motor de corriente continua posee las siguientes características:- Estos motores son de funcionamiento muy flexible, con aceleraciones rápidas y regulaciones de velocidad de 1 a 10.000, proporcionalmente a la tensión que se aplica a su inducido, funcionando con un rendimiento y par motor casi constante a cualquier velocidad de giro.- Proporciona una variedad casi infinita de velocidades de giro, las cuales se procesan mediante un tacómetro. Todo ello permite al programador establecer la velocidad de giro de forma casi arbitraria, dentro del rengo y capacidad del motor.- Frecuentemente incorpora reductores en la transmisión, de dos salidas, para la obtención de los pares más favorables en las diferentes operaciones de mecanizado.

- En los tornos el husillo se conecta directamente a la nariz o a un adaptador que lo hace solidario con el plato de garras. En la fresadora este adaptador contiene el sistema de colocación de las herramientas.

- Debido a las múltiples posibilidades de amarre y a los variados tipos de configuraciones de herramientas existentes, los adaptadores del husillo siguen unas pautas de diseño normalizadas que capacitan su conexión a una gran variedad de dispositivos.



Algunas fresadoras del tipo universal disponen de dos husillos principales en disposición horizontal o vertical que pueden ser empleados de forma opcional o alternativa.



5. ARQUITECTURA DE SISTEMAS AUTOMATIZADOS CNC

Un CN tiene una estructura parecida a los sistemas informáticos clásicos, pudiendo comunicarse entre ellos. Actualmente pueden llegar a formar parte de una red informática, como si de un ordenador convencional se tratara.

5. 1 COMPONENTES DE UN SISTEMA CN

Básicamente se distinguen las siguientes partes:

- CPU (Unidad central de procesos).- Periféricos de entrada.- Unidades de almacenamiento de datos.- Periféricos de salida.- Unidad de enlace con PLC.

5. 1. 1 CPU



Es el corazón del sistema, está compuesto por una estructura informática donde el microprocesador es el elemento principal. La capacidad y potencia de cálculo del microprocesador determina la capacidad real de la máquina CNC.

Entre las funciones que tiene que realizar están las siguientes:

- Calcula la posición de los ejes y los desplazamientos de al máquina.- Controla los diferentes modos de funcionamiento de la máquina.- Dirige todas las señales que van o vienen de los diferentes periféricos.- Controla el tráfico entre CPU y el PLC.

Las exigencias modernas obligan a trabajar con potentes microprocesadores, incluso existen CPUs con varios colocados en paralelo para multiplicar la potencia y velocidad de cálculo necesaria.

Dentro de las CPUs se instalan tarjetas electrónicas para poder comunicar con los ordenadores (RS232) o conectados al sistema de red de a empresa.

Otro componente son las diferentes memorias que integran el sistema como la EPROM, ROM, RAM y memoria Tampón.

En algunos CN la memoria tampón forma parte de la memoria RAM y es la parte destinada a almacenar los programas y demás datos de al máquina. Estos datos sólo se almacenan mientras tenga tensión eléctrica, si apagamos la entrada de energía eléctrica al control, se borrarían los datos almacenados en ella. Para que esto no suceda en estos tipos de controles, tienen unas pequeñas baterías o pilas para mantener la tensión en la memoria al apagar la máquina. Este tipo de control avisa con suficiente tiempo para realizar el cambio de baterías, pero debe hacerse siempre con la máquina encendida, de lo contrario se borrarían los datos.

Algunos controles disponen de disco duro para almacenar los datos igual que un ordenador, incluso disponen de sistema operativo.

5. 1. 2 PERIFÉRICOS DE ENTRADA

Son los elementos que sirven para suministrarle información a la CPU. Los más importantes son:

- Teclado y panel de mandos.- Conexión con ordenador.- Reglas ópticas o posicionadores.- Ratón.

No existen unificación entre los distintos tipos de teclados incluso dentro de un mismo fabricante existen distintos modelos, además existen controles con programación distinta a la ISO, incluso pueden trabajar con dos sistemas diferentes por lo que pueden tener dos teclados intercambiables para el mismo control. Su construcción suele ser a prueba de ambientes hostiles.



La conexión con el ordenador más habitual es la que utiliza la norma de comunicación en serie RS232, ya que como los controles no suelen tener una capacidad de almacenamiento grande, es necesario comunicarse con algún ordenador que tenga una capacidad superior. Igualmente existen programas generados por sistemas CAM que no caben en la memoria del control, este sistema se llama DNC y va paginado el programa y enviándolo al control a medida que este lo asimile.

Las reglas ópticas se encargan de indicar la posición de los ejes en cada momento, esta información se envía a al CPU para procesarla y constatar los datos de posición real con los de posición teórica.

El ratón actúa igual que en un sistema informático PC. Este periférico sólo existe en controles modernos muy potentes y que dispongan de la capacidad de realizar dibujos técnicos o tener incorporado un sistema CAM a pie de máquina.

5. 1. 3 UNIDADES DE ALMACENAMIENTO DE DATOS

Los primeros controles almacenaban la información por medio de tarjetas perforadas, más adelante se usaron las cintas magnéticas y este mismo formato se usó para las unidades de disquete. Actualmente los más utilizados son:

- Conexión RS232 con ordenador.- Disco duro del propio control.- Conexión con la Intranet.

Con la conexión RS232 lo que hacemos es usar el ordenador como fuente de almacenamiento, aprovechando su disco y otras unidades. En el mercado existen programas diseñados exclusivamente para realizar las conexiones y trasvases de datos tanto en un sentido como en otro.

La conexión Intranet hace actuar al CN como una unidad más del sistema de red instalado en al empresa, lo que permite un control total desde cualquier sitio que tenga capacidad de acceso.

5. 1. 4 PERIFÉRICOS DE SALIDA

Son todos aquellos elementos que sirven para recibir la información que suministre la CPU. Los más importantes son:

- Monitor.- Comunicaciones RS232.- Conexión con Intranet.- Control de movimiento de los ejes y elementos móviles.

El monitor es el encargado de informarnos de todos los sucesos que se estén produciendo entre los diferentes procesos de comunicación, tanto de datos de entrada como de datos de salida. Así podemos observar la información que se le suministre al teclado, controlar las comunicaciones entre otros sistemas informáticos, informarnos de los sistemas de la máquina que tenga activados y las diferentes condiciones tecnológicas que se estén usando, realizar la simulación del mecanizado e indicar los errores que se detecten en el sistema, etc.



El control de ejes y de elementos móviles lo realiza un PLC o autómata programable, es decir, el control una vez procesados los datos trasmite la información a los diferentes órganos de la máquina para que procedan a su ejecución, estros datos no los envía directamente a la máquina sino a través de un PLC.

5. 1. 5 MANDOS PARA EL CONTROL MÁQUINA

Permite el gobierno manual o directo de la MHCN en actividades similares a las ejecutadas con una máquina convencional.

Estos mando suelen estar priorizados a los mandos del propio control, para un mejor control de la máquina.

Estos controles pueden ser empleados de forma alternativa durante operaciones programadas para modificar puntualmente el proceso. Es habitual que estas funciones aparezcan representadas mediante un icono inscrito en el botón correspondiente.

5. 1. 6 DESPLAZAMIENTO MANUAL DE EJES

Para poder mover los ejes de la máquina manualmente, existen varios sistemas. Básicamente existen los siguientes formatos para el desplazamiento de ejes:

- Botonera integrada en el CN- Movimiento controlado continuo.- Movimiento controlado por impulsos.- Botonera integrada en los mando de control de máquina.- Volante electrónico.

Los paneles de algunos CN llevan integrados los botones de movimiento de ejes en su propia botonera, suelen intercalar un botón de avance rápido para simultanear con el eje y dirección apropiado, estos mandos suelen actuar con movimiento continuo o movimiento con impulsos controlados. En los primeros se suele controlar la velocidad de avance de los ejes por medio de un potenciómetro o por medio del valor introducido por programación. En los segundos, se desplaza a máxima velocidad, pero en una distancia exacta, elegida por medio del potenciómetro adecuado. En la escala de dicho potenciómetro suele venir indicada el desplazamiento que realiza por cada impulso que se aplique al correspondiente botón.



La botonera integrada en los mandos de control de máquina realiza la misma función que la anterior, con la diferencia de que no existe una unificación clara, lo que lleva a que cada fabricante disponga como mejor crea a la hora de situar y dimensionar la botonera.

El volante electrónico es un accesorio del que actualmente disponen la mayoría de máquinas y tiene por objeto el limitar los movimientos de giro de los volantes tradicionales pero con la máxima precisión posible. El volante dispone de la posibilidad de ajustar diferentes escalas, lo que permite que con el mismo giro, podamos conseguir diferentes desplazamientos. Existe la posibilidad de colocar un volante por eje, o único que conmute con los diferentes ejes de la máquina. En este último caso el volante puede ser móvil, pudiendo acercar a la posición que el operario ocupe, lo que facilita su operativa.



6. SUJECIÓN DE PIEZAS EN EL TORNO

En los tornos de CN se suele emplear sistemas rápidos de agarre de pieza y que tengan sistemas autocentraje de buen nivel de precisión.

No obstante realizaremos una selección de la mayoría de los mecanismos más utilizados para amarrar la pieza en tornos CN.

6. 1 PLATOS UNIVERSALES DE DOS, TRES O CUATRO GARRAS AUTOCENTRABLES

Las piezas cilíndricas se trabajan al aire, sujetándolas sencillamente entre las garras del plato universal, el cual tiene la propiedad de centrarlas automáticamente.

Pueden ser de accionamiento manual, neumático e hidráulico. Los de accionamiento neumático o hidráulico se pueden controlar mediante instrucciones programadas en CN la apertura y el cierre de las garras así como la presión de apriete. La selección de la fuerza de apriete depende generalmente de la velocidad de giro del cabezal; velocidades elevadas demandan las presiones mayores al aumentar la acción de la fuerza centrífuga. Como es habitual que las MHCN trabajen a velocidades de giro elevadas y esto podría suponer presiones que dañasen la pieza, estas incorporan mecanismos de compensación de las fuerzas centrífugas. El diseño de las mismas se basa en mantener una presión estable del accionamiento de cierre a velocidades de giro elevadas.

6. 2 PLATOS DE GARRAS INDEPENDIENTES

Las piezas de forma irregular es preferible sujetarlas en platos de garras independientes, pues resulta así mucho más fácil centrarlas.

6. 3 PLATOS FRONTALES

Cunado por la forma, peso o clase de trabajo no es posible sujetar las piezas en los platos universales o de garras independientes, se coloca en platos frontales o planos, a los cuales se fijan mediante bridas o tronillos. Ha de procurarse equilibrar el peso de la piezas mediante contrapesos.

6. 4 PINZAS

La sujeción de piezas pequeñas es frecuente usar boquillas o pinzas. La pinza que se emplee ha de ser la apropiada al diámetro de la pieza que se trabaja. Así, centra rápida y perfectamente la pieza.



6. 5 MONTAJE ENTRE PUNTOS

El mecanizado de piezas largas o que necesitan ser los diámetros coincidentes en toda su longitud se emplea el montaje entre puntos.

Construidos los centros, se coloca la pieza entre el punto del cabezal y el contrapunto, fijando solidamente éste de manera que la pieza gire libremente pero sin juego. En el extremo de la pieza se fija un perrillo o corazón de arrastre.

Para tornear exteriores o lateralmente piezas cilíndricas que previamente han sido mandriladas se montan las piezas sobre mandriles o torneadores autocentrables.

El contrapunto incorpora dos funciones adicionales en la programación CN: Posicionar contrapunto y aproximar o retirar contrapunto.

6. 6 LUNETAS ESCAMOTEABLES PARA APOYO INTERMEDIO

En casos en que por excesiva longitud de la pieza, no sea suficiente con el contrapunto, la estacada de la pieza, necesitará la instalación de una o más lunetas de apoyo lateral, así las piezas largas no vibrarán al ser torneadas.

Las lunetas de CN utilizan las siguientes funciones de programación: Abrir luneta, cerrar luneta, posicionado transversal, aproximación – retirada.



7. SUJECIÓN DE LAS PIEZAS EN FRESADORA O CENTRO DE MECANIZADO

Para trabajar en fresadoras o centro de mecanizado es necesario que las piezas estén colocadas en sus posiciones precisas y sujetas fuertemente, pero sin que haya riesgo de deformación o rotura.

Las características que debe reunir cualquier medio empleado son:

- Fijación permanente mientras dure la operación.- Permitir el acceso a los puntos de trabajo.- Ser rápido, en particular para series de piezas.- Ser seguro y no entrañar riesgo.- No deformar la pieza.

7. 1 SUJECIÓN DE PIEZAS POR MEDIO DE MORDAZAS

Para piezas de forma regular y de tamaño pequeño, se suelen emplear mordazas con mando mecánico, neumático o hidráulico, las cuales se sujetan a la mesa.

Para colocar las piezas a la altura requerida, se emplean unos paralelepípedos, llamados, paralelas, de acero templado y rectificado. Conviene disponer de juegos de ellos con espesores variados y siempre por parejas para poder hacer diversas combinaciones. Si las piezas están ya mecanizadas por las caras de amarre, hay que cuidar que no se deformen o queden marcadas. Para facilitar el trabajo y orientación de las piezas, pueden emplearse distintos sistemas de sujeción de topes o calzos.

En las mordazas hidráulicas, se puede controlar, mediante instrucciones programadas de CN la apertura y cierre de las mismas así como la presión de apriete. En fresado las presiones de apriete no resultan tan críticas. El aspecto más crítico es la rapidez de montaje/desmontaje y la precisión en el posicionado de la pieza en la mesa trabajo.

7. 2 SUJECIÓN DE PIEZAS SOBRE LA MESA

Pueden presentarse dos casos: Que tengan la superficie de referencia mecanizada o que no la tengan.

En el primer caso, se apoyan sobre la mesa directamente o por medio de calzos o paralelas, o sobre escuadras de montaje.

En el segundo caso, se apoyan en un punto sobre la mesa, directamente, o sobre una chapa de acero o aluminio; luego se colocan las cuñas o gatos para poder regular la altura en otros dos puntos que no estén en línea con el primero y lo más distante posible.

La nivelación se comprueba con niveles o palpadores si tiene parte de su superficie trabajada, o por medio de un gramil, utilizando como guía el trazado de la pieza. La misma herramienta puede servir para comprobar la situación de la pieza, moviendo la mesa o la herramienta.



Una vez nivelada la pieza, se procede a colocar las bridas y tornillos. El sistema de amarre debe permitir una fácil carga/descarga de la pieza de trabajo y garantizar la repetibilidad en la colocación estable y precisa.

Los sistemas de bridas normalizados y modulares se utilizan frecuentemente. Estos dispositivos deben permitir, a ser, posible, el mecanizado completo sin operaciones de montaje/desmontaje.

En muchas ocasiones es conveniente equipar las fresadoras con un sistema dual de mesas de trabajos intercambiables que permite realizar operaciones de transporte y amarre de piezas fuera o incorporados a la misma máquina.

La colocación o el giro de la mesa en la posición de trabajo puede realizarse con funciones CN específicas, así como la parada y comienzo de los bloques de programación.

7. 2. 1 PRECAUCIONES DEL EMBRIDADO

- Recordar el principio fundamental de la palanca: Que el tornillo o punto donde actúa la fuerza, esté lo más cerca posible de la pieza (no del apoyo.- Colocar la brida de manera que tenga un apoyo directo hasta la mesa, ya que de no hacerlo así, podría deformarse la pieza e incluso romperse. Téngase cuidado cuando se trate de piezas de fundido, ya que son fáciles de romper. Otros materiales tal vez cedan sin romperse, mas cabe el riesgo de que, al soltar, la pieza, vuelva a recobrar se forma inicial y quede deformada.- Las bridas y tornillos deben ser lo suficientemente fuertes, para que no se deformen y sujeten fuertemente las piezas. Estos elementos están normalizados y se fabrican en acero estampado y templado.- Al apretar las bridas hay que tensarlas todas a la vez, para evitar que se levante la pieza en algún apoyo y quede luego deformada o se rompa al apretar los demás tornillos.- Comprobar que las bridas o tornillos no estorben durante el trabajo, el paso de la herramienta, o elementos o accesorios de la máquina.- Antes de dar por terminada la fijación, hay que comprobar si la pieza sigue nivelada y orientada.

7. 3 TOPES

El trabajo en estas máquinas puede originar fuerzas considerables y de distinta orientación y efecto. Las bridas pueden ser suficiente en ocasiones, pero será mucho más prudente, y a veces imprescindible, disponer unos topes para evitar el arrastre de la pieza. Hay topes que pueden servir incluso para suplir a las bridas normales en los casos en que aquellas no pueden colocarse.



7. 4 PLATO O MESAS MAGNÉTICAS

Deben tener suficiente fuerza para el trabajo que se destinen. Se construyen de dos tipos: Electromagnéticos y de imán permanente. Los electromagnéticos suelen ser de mayor capacidad o fuerza coercitiva que los imanes permanentes.

Pude suceder que un fallo de la corriente deje libre una pieza con graves consecuencias. Una limitación de los platos magnéticos es la que sólo sirven para trabajar piezas magnetizables. Otro inconveniente es qu puede quedar en las piezas cierta magnetización permanente, pero esto puede eliminarse con aparatos de desmagnetizar una vez terminado el trabajo.

7. 5 UTILLAJES DISEÑO ESPECIAL

Puede ser económico el empleo de utillaje especial, que debe reunir estas condiciones:

- Situar la pieza en posición de mecanizado.- Buen apoyo de la pieza en el utillaje y posibilidad de una fijación enérgica y rápida.



8. APARATOS DIVISORES

Uno de los accesorios más utilizados en la fresadora para la sujeción de piezas es el aparato divisor que se emplea para hacer divisiones equidistantes, unas veces sobre piezas cilíndricas (engranajes, fresas, brocas, etc.) y otras, a lo largo de reglas (cremalleras, reglas graduadas, etc.). el primero se llama aparato divisor giratorio y el segundo lineal. El giratorio puede ser horizontal, vertical o universal, según el husillo sea portapiezas sea horizontal, vertical o inclinable. Unos y otros pueden ser de división directa o sencillos y de visifin.

En el siguiente cuadro presenta, en resumen, las distintas clases de aparatos divisores.

8. 1 APARATO DIVISOR SENCILLO

Consta de un cabezal de fundición al que va ajustado un eje. Este lleva en su parte anterior un plato de arrastre, y en la posterior, una manivela corrediza, cuyo índice puede introducirse en los agujeros del plato fijo al cabezal.

Como se hacen las divisiones con este aparato:Para dividir una circunferencia en un determinado número de partes iguales, se busca en el plato (6) un círculo, cuyo número de aguieros sea múltiplo del de divisiones que se han de efectuar, y se hace coincidir el índice (5) con uno de los aguieros de dicho círculo. Efectuada una división, se pasa a la siguiente, corriendo el índice tantos espacios como unidades tiene el cociente de dividir el número total de agujeros del círculo por el de divisiones que se han de hacer.

Otros modelos de aparatos divisores sencillo: En lugar de discos de agujeros se emplean discos con ranuras, discos que son recambiables.

8. 2 APARATO DIVISOR DE TORNILLO SIN FIN Y CÍRCULOS DE AGUJEROS

Este aparato se diferencia de los anteriores en que el movimiento angular del eje portapiezas no se obtiene directamente, sino mediante un engranaje visinfín. Las piezas se colocan entre puntos o en el plato de garras.

8. 2. 1 CONSTANTE DEL APARATO DIVISOR

Es el número de vueltas que se ha de dar a la manivela del aparato divisor, para que el eje portapiezas dé una vuelta sobre sí mismo. [ K = Z1 | Z2 ]

8. 2. 2 FORMA DE HACER LAS DIVISIONES


Problema 1Calcular las vueltas o fracciones de vuelta de la manivela de un aparato divisor de constante 40 para hacer 8 divisiones

M = K \ z = 40 \ 8 = 5 vueltas enteras


M = K \ z = 40 \ 120 = 1 \ 3 = 6 \ 18(6 agujeros en el plato de 18)


M = K \ z = 40 \ 27 = 1-13 \ 27(1 vuelta y 13 agujeros en el plato de 27)


Se forma un quebrado que tenga por numerador la constante del aparato y por denominador el número de divisiones que se han de hacer. Si resultara un quebrado impropio, se reduce a mixto o a entero.Se pasará de una división a otra de la siguiente manera:

a) Si el quebrado es igual a número entero, se hace girar la manivela tantas vueltas completas como unidades tiene dicho número.

b) Si es un quebrado propio se coloca el índice sobre un círculo que tenga tantos agujeros como unidades tiene el denominador y en el mismo se hace correr tantos espacios como unidades tiene el numerador.

c) Si es igual a un número mixto, la parte entera indica el número de vueltas completas, y la parte fraccionaria la fracción de vuelta tomada como en el caso b)Cuando el denominador no se corresponde con el número de agujeros de ningún círculo del disco, se transforma la fracción en otra equivalente cuyo denominador coincida con el número de agujeros disponible.

Cuando el denominador no se corresponde con el número de agujeros de ningún círculo del disco, se transforma la fracción en otra equivalente cuyo denominador se corresponda.

Se dispone de los siguientes círculos: 15-16-17-18-19-20-21-23-27-29-31-33-37-39-41-43-47-49

8. 3 APARATO DIVISOR UNIVERSAL

Este aparato es de tornillo sin fin y plato de agujeros, pero está dotado de varios dispositivos que le hacen un aparato capaz de múltiples servicios:Puede realizar todos los trabajos que realizan los horizontales y verticales, además de piezas cónicas, divisiones diferenciales, ranuras helicoidales, como divisor lineal, etc..



8. 3. 1 CADENA CINEMÁTICA

Al girar el eje del tornillo sinfín por medio de la manivela, se mueve a la vez el eje principal, y éste a través de Z2 y Z1, el juego de piñones cónicos y por consiguiente el disco de agujeros.

8. 3. 2 DIVISIÓN DIFERENCIAL

Las divisiones que no se pueden conseguir con el método ordinario de división directa o indirecta, se puede obtener por el sistema diferencial, disponiendo convenientemente las ruedas de recambio en ambos ejes del aparato divisor.

Habrá que realizar dos cálculos: Uno para el cálculo para el ajuste del plato divisor y otro para el cálculo para las ruedas de compensación.

Para el cálculo del ajuste del plato divisor se emplea la siguiente fórmula:

Para el cálculo de la ruedas de compensación...:

Siendo:M´ = nº vueltas y agujeros ficticiosK = constante del divisorZ´ = nº divisiones ficticiasZ2 = nº dientes rueda conductoraZ1 = nº dientes rueda conducida

Para Z´ puede tomarse un número de divisiones más aproximado por defecto o por exceso del real, teniendo en cuenta que con dicho número sea posible operar con los agujeros de que consta el juego normal de discos divisores. Si con el número escogido, la resta de la fórmula resulta negativa, al maniobrar el divisor para efectuar otra división, el disco de agujeros ha de girar en sentido contrario al de la manivela del divisor. Si la resta es positiva, el disco ha de girar en el mismo sentido. Para invertir el movimiento bastará disponer en la lira las ruedas intermedias que convenga. Como es sabido, dichas ruedas no modifican en absoluto la relación de transmisión.

La división diferencial puede emplearse para labrar divisiones con el eje principal del aparato divisor dispuesto horizontalmente, porque el eje de la rueda conductora y el de la conducida deben ser paralelos entre sí para que las ruedas engranen perfectamente.

En general, la relación del sistema sin-fin es de 1/40. no obstante, algunas marcas tienen relación distinta y se tendrá en cuenta para el cálculo.

Normalmente los aparatos divisores vienen equipados con las siguientes ruedas de recambio: 22, 22, 24, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 56, 64, 72,86 y 100. Con este juego de ruedas pueden efectuarse sin dificultad todas las divisiones hasta 360.



Problema 1En un aparato de constante 40, realizar una rueda de 157 dientes.

8. 3. 3 DIVISIONES ANGULARES

Se emplea cuando se han de fresar dos superficies que forman un ángulo determinado, ranuras inclinadas entre sí, etc.

Para hacer una división angular, se forma un quebrado que tenga por numerador el ángulo central correspondiente, y por denominador, la constante angular del aparato divisor.

La constante angular (Kº) son los grados que da el eje principal del aparato divisor a cada vuelta de la manivela. Es decir, una vuelta completa del aparato divisor es de 360º, si dicho aparato tiene por ejemplo una constante 40, habrá que dar 40 vueltas para que de 360º angulares lógicamente, o sea, cada vuelta de la manivela será de 9º, y esta será pues la constante angular.

Problema 1En una fresadora de constante del aparato divisor de 100, fresar dos ranuras separadas entre sí por 145º. Calcular el nº de vueltas de la manivela:

* Kº = 360 \ K = 360º \ 100 = 36 \ 10 = 18 \ 5* M = 145º \ 18 : 5 = 145 x 5 \ 18 = 725 \ 18 = 40 vueltas 5 agujeros en el plato de 18

8. 4 APARATO DIVISOR VERTICAL

Tiene el eje portapiezas vertical. Las divisiones se hacen siguiendo las reglas dadas por el aparato divisor horizontal.

8. 5 APARATO DIVISOR LINEAL SENCILLO

Tiene por objeto hacer ranuras equidistantes a lo largo de reglas o piezas rectas.

Consta de un disco dividido en un número de partes iguales, sobre el cual pueden girar, con frotamiento suave, dos dedos análogos a los de los aparatos divisores con discos de agujeros. Otras veces consiste en un tambor graduado o de un tambor de grandes dimensiones que gira con el husillo y lleva un índice fijo a la mesa. Éstos últimos son los métodos más empleados para divisiones sencillas.



Sea cual sea el sistema empleado de los dos, hay que averiguar la apreciación (K), que será: el paso del husillo de la mesa (h) entre el número de divisiones del tambor (d):

K = h \ d

Si el tambor lleva nonio incorporado la apreciación será:K = h \ d . n (siendo (n) el nº divisiones del nonio)

Una vez calculado la apreciación se calcula el paso de una división a otra (M), que será el número de divisiones a hacer (p) entre la apreciación (K)

M = p \ K (p y K deben estar en la misma unidad)

Problema:Una fresadora de paso husillo 6 mm y un tambor de 30 divisiones, se debe hacer una regla graduada cada 2mm. ¿Cuantas divisiones hay que tomar en el tambor del aparato?.

K = h \ d = 6 \ 30 = 0,2; M = p \ K = 2 \ 0,2 = 10 divisiones

8. 6 APARATO DIVISOR UNIVERSAL COMO APARATO LINEAL

Salvo para trabajos de poca importancia, es más frecuente emplear el de disco con agujeros y engranajes, o con un aparato divisor universal. Para ello se emplea la fórmula:

M = nº de vueltas y agujerosp = paso a construirk = constante del divisorh = paso husillo mesa fresadoraz1 = nº dientes rueda colocada en eje del aparatoz2 = nº dientes rueda colocada en husillo de la mesa

En efecto, al girar el eje del tornillo sin fin gira el eje principal y con él la rueda colocada en el eje prolongado que engrana con la colocada en el husillo de la mesa.

Para Z1 y Z2 se eligen un tren sencillo, de fácil simplificación con denominador mayor, así por ejemplo: 40\50

Si se desea construir cremalleras, sustituir “pi” de la fórmula, por la relación equivalente 25x47\22x17 y la relación Z1\Z2 por 44\50, recordando que la fórmula del paso de la cremallera es:

P = π x m (3,14 x módulo)



8. 7 FRESADO HELICOIDAL

Cuando se utiliza una fresa de disco montada sobre el eje principal que es invariable, el perfil de la fresa se tiene que orientar tangente a la inclinación de la hélice, para la cual se girará la mézale valor de (alfa) en el sentido favorable a la hélice.

El esquema representa el labrado de una ranura en hélice con inclinación a la derecha. Para obtener una ranura con inclinación de la hélice a la izquierda se intercalará (para invertir el movimiento) una rueda intermedia en el tren de engranajes. Los grados en la mesa se correrán en sentido opuesto.

Para calcular y cambiar de una división a otra, se procederá conforme a lo expuesto en el sistema de división indirecta, teniendo en cuenta que el gatillo que normalmente sujeta el disco divisor ha de permanecer completamente separado.

Designación:P: Paso de la héliceDe: Diámetro exterior de la piezaDm: Diámetro medio (en los engranajes helicoidales se tomará el diámetro primitivo)At: Altura del dienteα: Inclinación de la hélice en el diámetro medio (en los engranajes helicoidales se tomará

el diámetro primitivo)K: Constante del aparato divisor (relación del mecanismo sin-fin)Ph: Paso del husillo roscado de la mesa longitudinal de la fresadoraRt: Relación de transmisión para las ruedas de recambioAxC: Ruedas conductorasBxD: Ruedas conducidas

Fórmulas:

Dm = De – At

Tg α = Dm x 3,14 / P

Rt = K x Ph / P = A x C / B x D

P = Dm x 3,14 x cotg α = Dm x 3,14 / tang α



9. HERRAMIENTAS DE TORNO Y SU MONTAJE

Las funciones principales de las herramientas de corte son las siguientes:

- Cortar el material en forma de viruta.- Lograr que la viruta tenga una salida que no entorpezca el trabajo y que sea de fácil evacuación.- Evacuar el calor.- Ser suficientemente robusta.- Tener dureza y resistencia.- Mantenerse suficientemente rígida en su posición.

9. 1 MATERIALES DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE

Los materiales empleados para la construcción de herramientas de corte son:

- Aceros: Al carbono, aleados y de corte rápido.- Metales duros.- Productos cerámicos.- Diamante.

9. 1. 1 ACEROS AL CARBONO

El carbono es su principal componente. Al no tener otros elementos, la templabilidad es pequeña, por ello, son muy propensos a grietas y deformaciones.

Adquieren gran dureza al temple, pero resultan frágiles. Tienen poca aplicación para herramientas de corte.

9. 1. 2 ACEROS ALEADOS

En los aceros ligeramente aleados, la adición de estos elementos influye en la capacidad de temple, por tanto, no son propensos a agrietarse ni a deformarse.

Son poco aptos para trabajar a grandes velocidades.

9. 1. 3 ACEROS RÁPIDOS

Son aceros intensamente aleados, que conservan su dureza hasta los 600º, por lo cual pueden trabajar a grandes velocidades de corte.

La aplicación de estos aceros revolucionó las técnicas de producción.

9. 1. 4 METALES DUROS

Son aleaciones obtenidas por fusión o por sinterización de los carburos de Cr, Mo, Ta, Ti, V y W. Las aleaciones obtenidas por fusión (estilita) tienen poca aplicación.

Los metales duros por sinterización se obtienen por proceso cerámico y tienen gran dureza, son muy homogéneos y altamente resistentes al desgaste.



La mayor ventaja que tienen es que a temperatura de 1000º sólo pierde un 15% de su dureza, lo que permite trabajar a muy grandes velocidades de corte.

Dado su alto precio, se emplean en forma de placas, que luego se sueldan a mangos por soldadura o se fijan por medios mecánicos.

Las plaquitas sólo pueden afilarse con muelas de carburo de silicio y de diamante.

Se dividen en tres grandes grupos:

- El grupo P (color azul) es para mecanizar materiales de viruta larga.- El grupo K (color rojo), para las de viruta corta- El grupo M (color amarillo), para casos intermedios.

Cada grupo principal está subdividido en grupos que se diferencian por un número que indica las dos propiedades de tenacidad y de resistencia al despaste.

9. 1. 5 MATERIALES CERÁMICOS

Es el material de corte más moderno. Las grandes velocidades que necesita para trabajar, limitan su empleo a máquinas muy robustas y veloces.

Hay dos tipos de materiales cerámicos:

- Los formados únicamente por alúmina.- Los que están formados por óxidos de otros metales como los del cromo, vanadio y manganeso.

Su fabricación está dentro de la metalurgia de los polvos: Reducidos los materiales a fino polvo, se presentan en moldes de metal duro. Estos polvos son tan abrasivos que desgastan los moldes. Una vez conformados en forma de pastillas, se someten a la operación de secado, y posterior fritado a temperaturas de 1800º.

Su profundidad de corte puede variar desde pequeñas pasadas (0,2mm) hasta profundidades considerables (10mm). Los avances varían desde centésimas para el acabado, hasta los 0,8 mm/vuelta. Admite bien la refrigeración.

9. 1. 6 EL DIAMANTE COMO HERRAMIENTA

Dada su dureza natural tiene gran resistencia al desgaste, pero el inconveniente de su gran fragilidad, por lo cual solo puede emplearse para pequeñas pasadas y en cortes continuos.

Su montaje ha de ser cuidadoso y las máquinas muy robustas. No admiten vibraciones. Puede lograrse precisiones de 0,002 mm.

Su aplicación es muy recomendable para el mecanizado de ebonita, bronces, aleaciones de aluminio, etc.. Su fragilidad, precio y dificultad de montaje limita su empleo para casos muy especiales.



9. 2 MEJORAS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS HERRAMIENTAS

En las herramientas de acero no es suficiente que la calidad del acero sea la adecuada, ya que necesitan un tratamiento adecuado para lograr un rendimiento aceptable. Los más importantes son:

- Tratamiento subcero: Algunos aceros rápidos adquieren sus mejores características si a continuación del tratamiento térmico normal, se los sumerge en baños cuyas temperaturas estén por debajo de 0º.

- Nitruración: Son baños que se da a la cabeza de la herramienta de cianuro de sodio y potasio.

- Sulfinización: Es similar a la cementación con sales complejas; pero aquí al elemento activo es el azufre, en lugar del nitrógeno.

- Cromado duro: Se realiza a las herramientas previamente templadas y revenidas. Tiene un efecto similar al sulfinizado y se emplea para el acabado de piezas desbastadas

9. 3 GEOMETRÍA DEL FILO

Conviene definir antes estos conceptos:

1º Superficie de corte: Es la superficie accidental que se forma en la pieza debajo de la arista principal de la herramienta. La arista es la generatriz de dicha superficie.2º Superficie de trabajo: Es la superficie resultante en la pieza.

9. 3. 1 ELEMENTOS DELA HERRAMIENTA DE CORTE ÚNICO

En la norma UNE 16 015-75 se dan los nombres de los elementos principales:

- Superficie de desprendimiento: Es la superficie de la herramienta sobre la cual resbala la viruta. También se llama plano de salida o de ataque.

- Superficie principal de incidencia: Es la superficie de la herramienta que da la cara a la superficie de corte.

- Superficie secundaria de incidencia: Es la superficie de la herramienta que da la cara a la superficie de trabajo.

- Arista de corte principal: Está en dirección del avance, es la que engendra la superficie de corte.

- Arista de corte secundaria: Es la superficie que genere la superficie de trabajo.

- Ángulo de incidencia (A): Es el formado por la superficie de incidencia principal y el plano de corte medido en el plano de medida de la herramienta.

- Ángulo de la punta (B): Es el formado por las proyecciones de las aristas de corte principal y la secundaria sobre el plano de referencia.



- Eje de la herramienta: Es el eje de simetría del mango de la herramienta.

- Ángulo de posición (G): Es el formado por el plano de corte principal y la proyección del eje de la herramienta sobre el plano de referencia de la herramienta.

- Ángulo de desprendimiento: Es el formado por la superficie de desprendimiento y el plano de referencia de la herramienta, medido en el plano de medido de la herramienta.

- Ángulo de filo (B). Es el formado por la superficie de incidencia y desprendimiento, medido en el plano de medida de la herramienta.

- Ángulo de corte (D): Es la suma de los ángulos de filo y principal de incidencia.

- Ángulo de inclinación de la arista de corte (L): Es el formado por la arista principal de corte con el plano de referencia de la herramienta, medido en el plano de corte de la herramienta.

- Ángulo de desviación lateral (K): Es el ángulo que forma la superficie de desprendimiento con el plano de referencia, medido en un plano perpendicular al eje de la herramienta.

- Ángulo de desviación longitudinal (J): Es el ángulo que forma la superficie de desprendimiento con el plano de referencia, medido en un plano paralelo al eje de la herramienta y perpendicular al plano de referencia.

9. 3. 2 INFLUENCIA DE LA COLOCACIÓN DE LA HERRAMIENTA

- Influencia en el ángulo de ataque y en el de incidencia: Si la altura de la punta de la herramienta no coincide con el centro de la pieza, y el plano base de ella sigue estando en un plano radial, no tiene influencia ni en el ángulo de desprendimiento ni en el de incidencia; pero si continúa siendo horizontal el plano base, el ángulo de desprendimiento varía, según sea la desviación, por encima o por debajo del centro.



- Influencia del avance en el ángulo de incidencia: Al avanzar la herramienta produce una superficie de corte en forma de hélice que hace que el ángulo de incidencia real sea menor que el de la herramienta. Esto tiene gran importancia en el roscado, ya que el ángulo de la hélice es mayor y, por tanto, su influencia mayor. En estos casos, la incidencia de la otra cara queda influenciada en sentido favorable y suele afilarse con distinto ángulo de incidencia en cada lado.

- Influencia en la viruta, del ángulo de colocación: El ángulo de posición de la herramienta (G), tiene influencia en el ancho de la viruta, pero puede modificarse si se coloca la herramienta en otra postura. No debe exagerarse el ángulo de colocación, por que aumenta inmediatamente la longitud de la viruta que hace variar las componentes de la fuerza de corte También puede tener influencia en el acabado o afinado resultante.

9. 3. 3 INFLUENCIA DEL VALOR DE ALGUNOS ÁNGULOS DE LA HERRAMIENTA

- Influencia del ángulo principal de incidencia: Si el ángulo de incidencia se hace muy pequeño, el contacto con la pieza es grande. Se produce mucho calor y se hace mayor aún, si aumenta el avance. Un ángulo mayor evita el roce y el talonado, así como el peligro de calentamiento, sin embargo, se debilita la herramienta.

- Influencia del ángulo de la punta y los de incidencia: La unión de las dos superficies de incidencia para formar la punta, es de gran importancia, ya que en ella se acumula la mayor fuerza de corte, a la vez que es la parte más débil de la herramienta. Se mejora la herramienta haciendo un redondeo o chaflán en dicha punta.

- Influencia del ángulo de desprendimiento: El ángulo de desprendimiento grande, hace que la cuchilla penetre y corte bien, pero resulta muy débil ante las fuerzas de corte; haciéndolo más pequeño, se favorece la resistencia. Para la evacuación del calor tienen el mismo grado de influencia; es decir, resulta más favorable el ángulo mayor.



- Influencia del ángulo de la inclinación (l) y del ángulo de desviación longitudinal (J): El ángulo de inclinación de la arista principal tiene importancia para hacer que la viruta tienda a salir en una u otra dirección. La influencia de mayor importancia del ángulo de desviación longitudinal es respecto a la tendencia a deformar la pieza. Si el ángulo (J) es pequeño o nulo y el coeficiente de rozamiento es grande la fuerza (F) será negativa y tenderá a deformar la pieza en forma convexa. Si el ángulo (J) es mayor también lo será (F) con lo cual la herramienta tenderá a clavarse en la pieza produciendo piezas cóncavas.

9. 3. 4 EL ROMPEVIRUTAS

Las grandes velocidades de corte de los materiales dúctiles hacen que la viruta sea peligrosa para el operario, ocupa grandes volúmenes y resultan difíciles de evacuar y manipular.

Por estas razones es muy interesante lograr que las virutas se rompan en pequeñas fracciones cuando se emplean sobretodo herramientas de metal duro o cerámico.

Esta división de virutas se logra por medio del rompevirutas; se puede decir que su fundamento estriba en que obliga a la viruta a salir con un radio mucho menor que con el que sale normalmente, y las tensiones que por esto se forman la rompen en pequeños trozos.

Los rompevirutas pueden ser de dos tipos: Postizos y enterizos.

- Postizos: Resultan más complejos y difíciles de preparar, pero tienen la ventaja de que, fácilmente, se puede variar su posición hasta encontrar su postura y características ideales.

- Enterizos: Tiene la ventaja de su simplicidad, pero no pueden modificarse fácilmente. Pueden ser paralelos a la arista principal o inclinado.



La capacidad de fraccionar la viruta es función del radio de la curvatura de arrollamiento de la viruta y del avance. El de arrollamiento depende de la altura del rompevirutas (Z) y de su longitud (I). Variando el avance, se pueden tener virutas más o menos fragmentadas. Los materiales de menor límite elástico se fraccionan más fácilmente.

El rompevirutas, como consecuencia de la fuerza suplementaria que supone el arrollamiento de la viruta y posterior rotura, hace que la fuerza absorbida en el corte varíe del 5 al 20 % y en ocasiones puede llegarse al 50%.

9. 3. 5 HERRAMIENTAS DE FORMA

Se llaman así las herramientas que transmiten a la pieza el perfil se su arista cortante de una sola vez y trabajan frontalmente.

Debe reunir estas condiciones:

- Transmitir a la pieza el perfil previsto.- Cortar adecuadamente en todas las partes del perfil.- Ser de fácil afilado de manera que conserve su perfil inicial después de cada afilado.

El principio general es que el perfil cortante ha de permanecer constante durante toda la vida de la herramienta; para lograrlo, es necesario que ese perfil, se desplace en los sucesivos afilados según una directriz adecuada.

Los tres tipos de directrices empleadas son:

- Línea recta.- Línea circular.- Línea envolvente.

Según la forma pueden dividirse:

- Herramienta de directriz recta: La cuchilla tiene forma prismática, de fácil sujeción; el afilado es también fácil y se hace según un plano único. El ángulo de desviación longitudinal puede ser nulo o positivo o negativo; cuando no es cero, resulta que el ángulo de desprendimiento es distinto en cada punto, según su ángulo de posición.

- Herramientas de directriz circular: Son fáciles de fabricar y de afilar. Para que tenga una superficie de incidencia que no talone, suelen afilarse por debajo del centro.

9. 4 CAMBIADORES AUTOMÁTICOS

La mecanización moderna exige mecanizados en la misma estacada, tanto por la precisión de la pieza como por los tiempos de mecanizado. Las herramientas precisan cambios rápidos y precisos, lo que nos lleva a tener que recurrir a sistemas rápidos de anclaje de herramientas y sistemas automáticos de cambio de las mismas.

El cambio de herramientas puede ejecutarse manualmente por el operario o de forma automática por medio de programación, no obstante, esto solo se realiza en la práctica con fresadoras y taladradoras dotadas de cabezales con adaptadores portaherramientas de acceso rápido y sencillo, todos los tornos suelen equipar, los sistemas automáticos.



Los tornos de CN utilizan cambiadores automáticos de herramientas que pueden albergar un número variable de útiles dependiendo de su diseño.

Los cambiadores de herramientas en los tornos se denominan tambor de herramientas y en la programación de CN, se llamarán almacén de herramientas.

El cambio manual en torno, prácticamente no se utiliza, pero en los pocos sistemas en que se utiliza, se recurre a los mismos sistemas que en los tornos convencionales.

El cambio de herramienta se controla por programación, caracterizándose por un giro de tambor hasta que coloca en la posición de trabajo, aquella herramienta que se le solicita. La posición de trabajo coincide con la posición seleccionada del tambor. Las capacidades de los tambores de herramienta oscilan entre las seis herramientas hasta las 20 de los más grandes.

Al iniciar los programas para el mecanizado, se debe disponer de un juego de herramientas perfectamente galgado y colocado en la posición adecuada dentro del tambor. Dado que la mayoría de los casos, los tambores no disponen normalmente de todas las posiciones necesarias, nos vemos obligados a tener que intercambiar las herramientas constantemente. Esta exigencia nos obliga a tener que realizar de forma rápida y con la máxima precisión posible el cambio de las diferentes herramientas.

En la mayoría de los casos, se suele trabajar con herramientas dotadas de plaquitas intercambiables. Cuando esta plaquita se desgastan por el uso, o se rompen por el filo, se deben sustituir de forma precisa y rápida, si es posible evitando la operación de galgado. Para afrontar este problema, existen en el mercado diferentes sistemas.

9. 4. 1 TAMBORES

Se puede distinguir entre los más usuales:

- Tambores de agarre clásicos- Tambores sistema VDI- Sistemas propios de fabricantes

- Tambores de agarre clásico: Son tambores en los que el sistema de anclaje de la herramienta no difiere los sistemas clásicos, recurriéndose al apriete de las herramientas por el sistema de tornillos, y sin garantizar una posición exacta de la herramienta, lo que obliga a tener que galgar una posición exacta de la herramienta después del cambio, estando la máquina parada durante el proceso, esto representa una mayor cantidad de tiempo con la máquina parada y una mayor imprecisión en las medidas de las piezas a obtener.El tambor dispone de posiciones fijas y numeradas, para que el sistema CNC controle su situación en cada momento. Estas posiciones suelen estar perfectamente indicadas por el fabricante del mismo, normalmente en el costado o el frontal del tambor. Están divididos en posiciones para herramientas de mango cuadrado y herramientas de mango cilíndrico de sistemas clásicos..Este tipo de cambiador apenas se usa en las industrias actuales, reservando su uso a trabajos esporádicos o en la enseñanza, dado su bajo coste comparándolo con los otros sistemas.

- Tambores sistema VDI:



Probablemente sea el mas extendido actualmente, el sistema se basa en colocar siempre en la misma posición y con la máxima precisión posible las herramientas, para ello el tambor dispone de unos mecanismos accionados por sistema de llave Allen en cada una de las posiciones. Dichos mecanismos disponen de un pequeño engranaje que tienen como misión colocar el portaherramientas en la posición correcta y conseguir el apriete del mismo.La otra parte del sistema, son los portaherramientas o soportes, que se dividen en dos partes, el mango cilíndrico y el cuerpo, destinado a la sujeción y el cuerpo, destinado a la sujeción de la herramienta.El mango cilíndrico dispone de un rebaje plano a lo largo de su perfil, con una cremallera que servirá para el centraje y apriete del mismo. Todos los mangos, de todos los portaherramientas tienen que ser exactamente iguales.El cuerpo, es el que puede ser diferente, adaptándose a los diferentes sistemas de herramientas que existen en el mercado. Este sistema así como otros parecidos son bastante caros, pero la inversión suele ser rentable dado que los soportes VDI son para siempre, siendo la herramienta la que asume todo el esfuerzo de trabajo.Los tambores VDI suelen tener incorporado el sistema de taladrina, para direccionarlo a la herramienta que esta en la disposición de trabajo, tanto externamente a la herramienta, como internamente para aquellas herramientas que disponen del sistema adecuado. Igualmente pueden incorporar sistema de giro para las herramientas motorizadas.

- - Sistema propio de fabricantes: Algunos fabricantes de herramientas han desarrollado sistemas propios de anclaje. En la mayoría de los casos los sistemas funcionan perfectamente e incluso superan al sistema VDI, pero tiene el inconveniente añadido de tener que recurrir, al realizar una ampliación del sistema o una modificación del mismo, siempre al mismo fabricante.

9. 5 PORTAHERRAMIENTAS Y PLAQUITAS PARA TORNO

Tras lo visto anteriormente se ve con claridad la necesidad de trabajar, siempre a ser posible, con herramientas modulares y de buena precisión. Para ello los fabricantes de herramientas nos facilitan una gran variedad de las mismas, basándose en sistemas normalizados o en algunos casos en sistemas propios.

Las mas usuales, según su función son las siguientes:

- Cilindrado exterior- Cilindrado interior- Copiado exterior- Copiado interior- Ranurado exterior



- Rasurado interior- Roscado exterior- Roscado interior- Taladrado

Dentro de estas categorías existen otras subcategorías dependiendo del tipo de mecanizado a realizar.

9. 5. 1 SISTEMAS DE SUJECIÓN DE LAS PLAQUITAS

Los sistemas empleados son diversos, dependiendo del tipo de trabajo y del fabricante de la herramienta. Es adecuado dedicar el tiempo necesario, para determinar cual de ellos es necesario para cada una de las operaciones a realizar. No suele ser buena política determinar el portaplaquitas o mango por el precio del mismo, dado que en muchos casos se pueden alargar los tiempos de mecanizado o incluso producir rotura de las mismas por la mala aplicación.

9. 5. 2 ELECCIÓN DEL MANGO

Se tiene que determinar siguiendo unos códigos que cada fabricante nos proporciona, estos códigos están perfectamente determinados en los catálogos y se suelen indicar en formato ISO y del propio fabricante. Debe ser la primera elección a realizar, antes que la plaquita. Los mangos se procuran de forma que acepten el mayor número de plaquitas, para abaratar los costos.

9. 5. 3 TIPOS DE PLAQUITAS

Existen en el mercado un gran número de plaquitas, contemplando prácticamente todas las posibilidades de mecanización, tanto desde la vertiente de geometría como la dureza del material o del acabado a obtener.

Puede resultar complicada la elección de la plaquita necesaria para cada trabajo, pero los fabricantes suelen suministrar bastante información técnica y en casos necesarios, desplazan un técnico al lugar de trabajo para analizar con detenimiento la problemática y aconsejar la herramienta adecuada.



Es de destacar la importancia que tiene la elección de la plaquita adecuada, por que puede afectar de forma significativa, tanto al acabado de la pieza como su durabilidad de la máquina y sobre todo a los tiempos de mecanizado que afectan directamente al caso real. En algunos casos se han conseguido reducciones del tiempo de mecanizado de hasta el 60 % tras estudios realizados.

9. 5. 4 IDENTIFICACIÓN ISO DE PLAQUITAS

Además, realizan estudios de cada tipo de plaquita, analizando las condiciones tecnológicas adecuadas para cada tipo de material, de las velocidades de corte adecuadas y la durabilidad de cada plaquita.

10. HERRAMIENTA DE LA FRESADORA Y SU MONTAJE

10. 1 MATERIALES EMPLEADOS EN LA FABRICACIÓN DE FRESAS

La fresa es una herramienta de filos múltiples que deben mantenerse en perfecto estado para realizar trabajos de calidad y con aceptable productividad, por ello debe emplearse materiales adecuados para la fabricación de fresas, así como los factores de corte más adecuados.

Los materiales empleados en la fabricación de fresas son los siguientes (ver punto 18. 1):

- Aceros de herramienta- Carburos metálicos- Materiales cerámicos- Diamante

10. 2 TIPOS DE PORTAHERRAMIENTAS PARA FRESADORA

Existen una gran variedad de cuerpos dependiendo de cada fabricante y de la utilidad a aplicar, no obstante veremos una clasificación orientativa sobre los tipos más importantes empleados.

Los tipos de cuerpos más importantes son los siguientes:

- Fresa de planear (Platos de cuchillas)- Fresa de escuadrar (Platos de cuchillas)- Fresa de disco- Fresa de copiar- Fresas helicoidales de rasurado y contorneado- Fresa de achaflanar y de avellanar- Fresa de ranurar en T- Broca de plaquita intercambiable- Fresa integral

10. 2. 1 FRESA DE PLANEAR



Se suele llamar platos de cuchillas por su forma, son fresas normalmente de gran diámetro y que están diseñadas para la realización de caras planas y perpendiculares al eje de la herramienta.

Existen una gran variedad, trabajos de desbaste, trabajos de acabado, gran capacidad de arranque.

Al disponer de varias facetas o plaquitas para trabajar, es muy importante para que el montaje de las mismas se tenga el máximo cuidado, procurando no desequilibrar la herramienta ni variar la medida de la misma.

En muchos casos se recurre a soportes especiales para galgar la herramienta o se recurre a un reloj comparador para verificar la misma.



10. 2. 2 FRESA DE ESCUADRAR

Son fresas parecidas a las anteriores, pero tienen la capacidad de trabajar paredes perpendiculares formando escuadra con la base. Son fresas de gran capacidad de trabajo.

10. 2. 3 FRESA DE DISCO

Son fresas empleadas en la realización de ranuras estrechas y profundas, la mayoría disponen de tres cortes simultáneos. Son difíciles de trabajar porque producen vibraciones, sobretodo cuando son estrechas, por lo que la pasada que se le asigne tiene que ser proporcional a su diámetro y anchura.

10. 2. 4 FRESA DE COPIAR

Son fresas con el perfil de la plaquita redondo para poder realizar operaciones de mecanizado en orografías y perfiles de caras cambiantes. Es el mejor tipo de perfil para mecanizados en 3D y por lo tanto en aquellos centros de mecanizado con grandes capacidades de interpolación y apoyo de programas de CAM acostumbran a ser más usadas.

Existen dos tipos: Las de perfil de media bola y las de canto redondeado (tóricas). Éstas se utilizan en grandes desbastes y las primeras para acabar el perfil o penetrar en pequeños rincones.

10. 2. 5 FRESAS HELICOIDALES DE RANURADO Y CONTORNEADO



Están diseñadas para grandes cargas de trabajo, por lo que tienen una estructura de corte en forma de hélice, con plaquitas escalonadas estratégicamente, para entrar una después de otra y conseguir así una carga en el filo de corte más suave.

Su aplicación es la de mecanizar ranuras, incluso profundas, trabajos en caras perpendiculares y perfilados o contorneados.

10. 2. 6 FRESA DE ACHAFLANAR Y AVELLANAR

Se utilizan prácticamente para su propósito que es avellanar, tanto en agujero, como en chaflanes en líneas rectas.

10. 2. 7 FRESA DE RANURAR EN “T”

Están pensadas para la realización de regatas tipo T como las usadas en las mesas de las máquinas, normalmente se tiene que mecanizar previamente una ranura para dejar pasar el mango de la herramienta.

10. 2. 8 BROCA DE PLAQUITA INTERCAMBIABLE

La estructura de estas herramientas están estudiadas para que taladren sin necesidad de realizar taladros previos, además algunas de ellas están diseñadas de tal manera, que la propia placa labra un surco que le sirve de autocentraje.Estas brocas sustituyen a las brocas integrales, aportando las siguientes ventajas:

Mayor velocidad de corte.Realización de agujeros de gran tamaño sin brocas previas.No se descentran con respecto al centro del taladrado.Posibilidad de refrigeración interna.Posibilidad de mandrilar.Taladra superficies irregulares, inclinadas, con cavidades interiores.

Tienen el inconveniente de no poder taladrar agujeros de pequeño diámetro.

10. 2. 9 FRESA INTEGRAL

Son las típicas fresas usadas en máquinas convencionales llamadas fresolines o bailarinas, construidas normalmente en aceros rápidos o especiales. Se utilizan en CNC las de pequeños diámetros.



El uso en máquina requiere la sujeción por sistema de portapinzas y pinzas.

Es importante tener en cuenta el número de dientes y la estructura de la punta, normalmente se utilizan las de dos labios cuando se tenga que penetrar de punta. Posiblemente las más utilizadas sean las de punta de bola, adaptables a los mecanizados en 3D.

Actualmente se está utilizando mucho el mecanizado de alta velocidad, y se recurren a estas herramientas con recubrimientos especiales, por que las herramientas de plaquitas no pueden dar las mismas prestaciones de equilibrado. De la misma manera, los portapinzas tradicionales no sirven por el mismo motivo, y se han desarrollado por ello, unos sistemas térmicos que por la aplicación del calor se dilatan para poder introducir la herramienta, y tras dejarla enfriar, se contrae sujetando así a la fresa.

10. 3 MONTAJE DE HERRAMIENTAS EN LA FRESADORA

10. 3. 1 CAMBIO MANUAL

El cambio manual en fresadora, recurre sistemas clásicos de amarre con tirante roscado o por sistemas de apriete neumático o mecánicos, estos últimos son los más utilizados por la rapidez en que se realiza la operación.

10. 3. 2 CAMBIO AUTOMÁTICO

El cambio automático se controla por programación, caracterizándose por un giro del tambor hasta que coloca en la posición de trabajo, aquella herramienta que se solicita. Las capacidades de los tambores de herramienta oscilan entre las 6 herramientas de los más pequeños y las 20 de los más grandes.

10. 3. 3 SISTEMAS AUTOMÁTICOS DE CAMBIO Existen básicamente los siguientes sistemas de cambio de herramienta:

Carruseles.Tambores giratorios.Sistemas de cadena.

- Carruseles: Tienen forma de disco, lo que origina que su movimiento sea siempre girando sobre su eje. Emplean un manipulador que intercambia las herramientas, preparando previamente el cambio. El CNC interrumpe el mecanizado para que el manipulador extraiga del carrusel, que ha girado hasta colocar el útil deseado en la posición de cambio, la nueva herramienta. Simultáneamente la garra opuesta del manipulador extrae la herramienta que está



en uso en el cabezal. Un volteo del manipulador coloca la nueva herramienta en el cabezal y la usada en el hueco dejando la primera en el almacén.

- Tambores giratorios: Suelen estar colocados en el propio cabezal, su desplazamiento lo realiza con todas las herramientas simultáneamente, coloca la herramienta adecuada en la posición de trabajo sin necesidad de sustituir la herramienta anterior por medio del brazo de cambio.Tiene el inconveniente de no poder colocarle suficientes herramientas y tampoco dejará cambiar las herramientas sin parar la máquina.

- Sistema de cadena: Permite mayor cantidad de herramientas. El cambio lo realiza igual que el de carrusel. La velocidad del cambio es mucho más lenta, pero compensa por no tener que preparar ni galgar herramientas.

10. 3. 4 ANCLAJE DE HERRAMIENTAS EN FRESADORA

Debido a la gran variedad existente en herramientas los acoplamientos para éstas siguen ciertos estándares de diseño.

Las dimensiones de los acoplamientos deben coincidir de forma exacta con las del hueco, garantizando rigidez, precisión y fácil extracción diseño.

Para fresadoras se utilizan acoplamientos cónicos estándar.

10. 3. 5. SISTEMAS DE HERRAMIENTAS Y PLAQUITAS PARA FRESADORA

En fresadora, dado el alto costo de las herramientas, es muy importante, trabajar con herramientas modulares intercambiables. Para ello los fabricantes han creado una gran variedad de herramientas, siguiendo los estándares normalizados o recurriendo a sistemas propios.

La estructura de una herramienta para una fresadora CNC, presenta generalmente las siguientes partes:

Acoplamiento (sistema de sujeción a la máquina)Soportes o adaptadoresCuerpo portaherramientas (portaplaquitas)Punta de la herramienta (plaquita)



- Tipos de acoplamientos para herramientas de fresadoras: El acoplamiento es el elemento que inserta la herramienta en el seno del cabezal de la fresadora. Existen diversos sistemas en el mercado, dependiendo del tipo de agarre que posea la máquina.

La morfología de los mangos y de las plaquitas es la responsable de las posibilidades de mecanizado y los acabados a obtener en las piezas.



- Soportes y adaptadores: Se recurren a estos elementos bien por alargar la punta de una fresa pequeña, para separar el corte de la herramienta del acoplamiento o poder colocar cuerpos reductores para utilizar herramientas más pequeñas.

- Cuerpos portaherramientas: Es la parte más importante del conjunto herramienta, pues es la que define la manera de mecanizar dependiendo de su estructura, forma y rigidez como se vio en los puntos anteriores.

11. PUNTOS DE ORIGEN: ORIGEN PIEZA Y ORIGEN MÁQUINA

Cuando se tenga que trasladar el trabajo en máquina, será necesario conocer donde estará ubicada la pieza con respecto a la máquina y a las herramientas.

11. 1 ORIGEN MÁQUINA O CERO MÁQUINA

Para poder mecanizar es necesario tener un punto fijo en algún lugar desde donde poder referenciar los datos. Este punto se llama origen máquina o cero máquina y lo fija el fabricante de la misma. Es el punto a fijar depende del fabricante y es él, el que decide se mejor ubicación dependiendo del tipo y tamaño de la máquina. En las instrucciones que facilita el fabricante debe venir indicada su ubicación aunque el operario no les es imprescindible conocerlo ya que el CN lo controla de forma automática y tan sólo debe saber cual es el procedimiento a seguir para referenciarlo.

El origen máquina se identifica con la letra M y es el origen del sistema de coordenadas de la máquina y el punto de referencia para todo el resto de sistemas de coordenadas.



En los tornos suele colocarse en la base interior del plato. En las fresadoras suele colocarse en alguna de las esquinas de la mesa longitudinal de la máquina.

11. 2 ORIGEN PIEZA O CERO PIEZA

Al iniciar la programación de una pieza, el programador debe conocer desde donde referenciar todas las medidas de dicha pieza. Ese punto de referencia se llama cero pieza y es el programador quien decide cual será su ubicación.

En los planos que acompañen a la pieza debe tener indicado donde se encuentra el cero pieza. Este punto se denomina por la letra W.

El criterio de situación del cero pieza se debe basar en la lógica, dependiendo del tipo de pieza y de la distribución de cotas que tenga el plano.

11. 3 REFERENCIA ENTRE CERO MÁQUINA Y CERO PIEZA

Cuando se coloca una pieza en la máquina, el sistema no conoce la posición relativa entre ambos puntos, por lo que se tiene que realizar un proceso adecuado para indicar donde está situada la pieza con respecto al cero máquina.

La diferencia entre ambos puntos se llama decalaje, por lo tanto, lo primero que hay que realizar antes que ningún proceso de mecanización, es determinar dicho decalaje.

El proceso consiste en contactar la herramienta contra la pieza e indicarle al control los datos que se hallan obtenido. Se puede realizar por varios procedimientos:

- Palpación con herramienta.- Palpación con bailarina.- Palpación con sensor electro / electrónico.- Palpación automática por medio del CN.- Situación por visor óptico.- Etc.

11. 3. 1 PALPACIÓN CON HERRAMIENTA



Es el procedimiento que se ha usado habitualmente en el mecanizado tradicional, aproximar la herramienta a la pieza y cuando se produce el contacto, se introduce al control los datos conocidos. Naturalmente la pieza en caso del torno, o la herramienta en caso de la fresadora, tienen que estar girando.

- Para el torno: Primero, colocar en el plato una pieza que no sirva y cilindrar un trozo de material, tomar la medida del diámetro obtenido e indicarle al control dicho diámetro en el eje X. Importante de no mover la herramienta del diámetro hasta haberle indicado el mismo.Segundo, colocar la pieza a mecanizar, rozar con la parte frontal e indicarle el valor adecuado al eje Z: Cero si se coloca el cero pieza al principio de la misma o la longitud de la pieza si se coloca al final.El sistema de control sabe en todo momento la situación de los diferentes ejes, por lo que, cuando se le indican los datos al control, en ese momento, el control anota la distancia que existe entre el cero máquina y la posición actual de los ejes.

- Para la fresadora: Primero, contactar la herramienta con el costado izquierdo de la pieza (eje X), e indicar al control que la herramienta está a menos R (menos el radio de la herramienta) puesto que no se le puede introducir la herramienta en la pieza para dejarlo a cero, pues se mecanizaría.Segundo, contactar la herramienta con el costado frontal de la pieza (eje Y), e indicar el control que la herramienta está a más R (sumar el radio de la herramienta). Nótese que dependiendo del lado en el que se contacta, el radio de la herramienta se suma o se resta siguiendo el criterio de los signos que indican las coordenadas.Tercero, contactar la herramienta con la parte superior de la pieza (eje Z), e indicar al control la longitud de la herramienta si se usa más de una herramienta, o valor cero si se trabaja con una sola.



11. 3. 2 PALPACIÓN CON BAILARINA

Este proceso sólo se aplica en fresadora, y se realiza exactamente igual que el proceso anterior, pero en lugar de colocar la herramienta en el mandrino, se coloca la bailarina. Esta herramienta consta de dos partes, una que está sujeta al eje de la máquina y que gira concéntricamente con el mismo y una segunda parte de diámetro conocido que está unida a la anterior por medio de un muelle, que al girar produce un movimiento excéntrico. Al contactar con la pieza deja de oscilar pasando a la posición de concentricidad, siendo ese punto de contacto de la misma.

Este sistema no se puede utilizar con el eje Z, por lo que hay que sustituir la bailarina por la herramienta a trabajar para contactar con la superficie superior.

La ventajad de este proceso es que no deja marcas en las superficies laterales y que la precisión suele ser mayor.

11. 3. 3 PALPACIÓN CON SENSOR ELECTRO / ELECTRÓNICO

Sólo se aplica en fresadora. El principio sigue siendo el mismo que el anterior, pero cuando se produce el contacto con la pieza se enciende una luz que lleva el palpador o suena un zumbido o ambas cosas.

11. 3. 4 PALPACIÓN AUTOMÁTICA POR MEDIO DEL CN

Sólo se aplica en fresadora. Se trata de tocar dos puntos sobre cualquier superficie plana o circular y el control asume la situación real de la pieza y aunque esté inclinada, introducirá las correcciones necesarias durante el mecanizado. El tiempo de preparación es muy rápido tanto en la estacada de pieza como en la búsqueda de referencias.

Este sistema es con mucho el mejor, más rápido y más preciso de todos, no obstante no todos los controles disponen de los ciclos adecuados para su utilización.



11. 3. 5 SITUACIÓN POR VISOR ÓPTICO

El principio de funcionamiento está basado en óptica, utiliza un visor colocado en un punto de la máquina, perfectamente conocida su ubicación por el control, este visor actúa como microscopio, ampliando la visión de las dimensión de la punta de la herramienta y comparándolas con una escala graduada que lleva incorporado, de manera que una centésima de milímetro queda perfectamente visionado por el operario, lo que le da gran precisión.


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